本申請要求于2014年8月22日提交的美國臨時專利申請第62/040,596號以及于2014年10月28日提交的美國非臨時專利申請第14/525,300號的優先權。

技術領域

本發明總體涉及用于機加工工件的設備和方法。更特別地，本發明涉及一種用于在工件中加工出特征部的主軸機床。

背景技術：

眾所周知，在鑄造工件中機加工出特征部為批量生產設施中的瓶頸。鑄造工件的批量生產方面的瓶頸的一個這樣的示例為機加工比如圖1中所示的鑄造車輪46。鑄造車輪46通常包括切削的螺栓孔60以及切削的氣門桿孔75，對所述孔的切削形成制造瓶頸。

用于在公路車輛上使用的鑄造車輪正變得越來越合乎要求，特別是在使用輕質合金來減小質量時。盡管具有潛在的質量減輕，在與由金屬片沖壓而成的車輪相比時，對增加鑄造車輪的市場占有率不利的是較慢的制造過程。雖然鑄造過程相對于形成金屬片而言為較慢的，但是制造過程中的瓶頸一直是機床操作，特別是在形成孔以容置螺帽以及氣門桿時。例如，參考圖2，現有技術的主軸機床總體表示為10。當前的主軸機床10包括其上安裝有車輪14的固定裝置12。切削工具16固定至主軸18。主軸18和切削工具16沿笛卡爾坐標系統的Z軸沿豎直方向定向。

如將在下文中進一步解釋說明的，主軸18圍繞固定裝置12沿圓周方向運動。如同樣將在下文中進一步解釋說明的，固定裝置12圍繞Y軸旋轉。按這種方式，使切削工具16圍繞車輪14運動至多個位置以切削所期望的孔。

在圖2至4中示出在車輪14中形成螺栓孔20的步驟。如圖2中所示，沿豎直取向將車輪14安裝于固定裝置12上并且使切削工具16運動至第一螺栓孔20的位置。主軸18使切削工具16圍繞Z軸沿圓周方向運動，將多個螺栓孔20切削至車輪14的面24中。當車輪旋轉至圖3中所示的取向時，如通過圖3的、用于標明更換工具的操作的TC所標明的，將第二切削工具26固定至主軸18。在那時，使車輪圍繞Y軸旋轉，以使得車輪的后表面28面向切削工具26。在圖4中，第二切削工具26圍繞Z軸沿圓周方向運動，用于將第二構造切削至車輪14的后表面28中——在此示例中為孔20中的互補的特征部。

當完成在圖4中所示的、機加工車輪14的步驟時，使車輪14再一次圍繞Y軸旋轉并且執行另外的更換工具的操作TC以將第三切削工具30固定至主軸18。固定裝置12再一次使車輪14在Y軸上旋轉，以將第三切削工具30定位于氣門桿孔22的位置處。一旦第三切削工具30形成氣門桿孔22的一部分，固定裝置12就再一次使車輪14在Y軸上旋轉至圖5中所示的取向，并且執行至第四切削工具32的另外的更換工具的操作TC，以切削氣門桿孔22的后部分。一旦完成，就執行另一更換工具的操作TC并且固定裝置12使車輪旋轉至初始位置，此時將車輪14移除。

本發明所屬領域的技術人員應當理解的是，通過圖2至5所示的步驟，需要四次更換工具的操作TC并且執行固定裝置的、圍繞Y軸的四次旋轉。以上所描述的切削過程已經變成鑄造車輪的制造過程的瓶頸。簡化該過程以提高效率以及減小周期時間以減小制造成本將是可取的。

技術實現要素：

用于機加工鑄造工件的主軸組件包括用于固定工件的固定裝置。所述固定裝置圍繞由所述固定裝置所限定的固定裝置軸線將旋轉運動提供至所述工件。主軸軸線為大致水平的，以改善切屑在重力輔助下離開作業區域的效率。第一主軸與第二主軸沿相反方向延伸。所述第一主軸圍繞第一主軸軸線將旋轉運動提供至切削工具并且所述第二主軸圍繞第二主軸軸線將旋轉運動提供至第二切削工具。所述第一主軸軸線和所述第二主軸軸線均橫向于所述固定裝置軸線。所述固定裝置設置于所述第一主軸與所述第二主軸之間并且將圍繞固定裝置軸線的樞轉運動轉移至所述工件。所述樞轉運動為所述第一主軸和所述第二主軸提供接近所述工件的相對的側的機會，使所述第一切削工具和所述第二切削工具能夠同時地切削所述工件的相對的側。所述第一切削工具和第二切削工具能同時地替換為第三切削工具和第四切削工具，以將替代的或不同的孔切削至所述工件中。

本發明的組件使在工件(比如車輪)中機加工出孔所需的時間的量減小多達50％。工件的、相對于能夠同時地機加工具有不同構造的輪廓或孔的相對的主軸的取向是提供更快速的周期時間的很多獨特的和獨創的方面中的一個。此外，在包括兩種不同的機加工輪廓或孔的工件上僅僅需要單次更換工具的操作。這與需要至少四次更換工具的操作來達到相同的工件構造的現有技術的裝置顯著地不同。

附圖說明

本發明的其它優點將被容易地理解，因為當結合附圖考慮時，通過參考以下具體描述本發明將被更好地理解，其中：

圖1示出工件的剖視圖；

圖2示出現有技術的主軸機床在第一加工階段中的示意圖；

圖3示出現有技術的主軸機床的第二加工階段；

圖4示出現有技術的主軸機床的第三加工階段；

圖5示出現有技術的主軸機床的第四加工階段；

圖6示出本發明的主軸機床的示意圖；

圖7示出本發明的主軸機床的第一加工階段；以及

圖8和9示出本發明的主軸機床的第二加工階段。

具體實施方式

用于機加工鑄造工件(比如，車輪)的主軸組件總體表示為圖6的40。固定裝置42用來固定工件，比如，例如用于在組件40中加工的車輪46。本發明所屬領域的技術人員應當理解的是，在本申請中對車輪的描述僅僅是示例性的并且還可在題述組件40中加工其它鑄造構件。固定裝置42限定固定裝置軸線44，車輪46圍繞固定裝置軸線44樞轉。

第一主軸48與第二主軸50沿著相反的方向朝向固定裝置42延伸。因此，第一主軸48和第二主軸50在固定裝置42的相對側上沿相反方向延伸。如在圖6中最好地示出的，由具有x、y以及z軸的3軸笛卡爾坐標系統限定組件40。第一主軸48圍繞第一主軸軸線54將旋轉運動提供至第一切削工具52。第二主軸50圍繞第二主軸軸線58將旋轉運動提供至第二切削工具56。第一切削工具52和第二切削工具56沿笛卡爾坐標系統的y軸、沿相反方向延伸。固定裝置軸線44沿圖6中所示的笛卡爾坐標系統的x軸延伸。這種布置使第一切削工具52和第二切削工具56能夠同時地切削車輪46的相對側，提供先前未實現的加工效率。

第一主軸48能沿笛卡爾坐標系統的y軸和x軸運動。同樣地，第二主軸50也能沿笛卡爾坐標系統的x軸和y軸運動。因此，第一主軸軸線54和第二主軸軸線58為同軸的并且能移動至平行關系中。這樣，使第一切削工具52和第二切削工具56能夠同時地切削車輪46的不同的位置。例如，組件40被構造成在車輪46中切削出多個螺栓孔60(圖7)。典型的螺栓孔60包括第一螺栓特征部62和第二螺栓特征部64(在圖1中最好地觀察到)。第一螺栓特征部62被構造成容置螺帽(未示出)并且第二螺栓特征部64被構造成容置螺柱(未示出)。這些特征部中的每一個需要不同的切削工具來實現適當的構造。組件40通過使第一主軸軸線54和第二主軸軸線58從同軸關系移動至平行關系而提供同時地切削所述多個螺栓孔60的不同的特征部的能力。本發明所屬領域的技術人員應當理解的是，本發明的組件40提供三個旋轉軸線：固定裝置軸線44、第一主軸軸線54、以及第二主軸軸線58。參考圖7至9最好地解釋說明具有三個旋轉軸線的好處。

圖6至9示出通過本發明的組件40加工的車輪46的兩個位置。如圖6中所示，將車輪46放置于固定裝置42上面，其中車輪正面66面向向上方向且后表面68面向向下方向。當被固定時，固定裝置42使車輪46在固定裝置軸線44上樞轉，如在圖7中最好地示出的，使正面66暴露給第二切削工具56并且使后表面68暴露給第一切削工具52。使第一切削工具54和第二切削工具56沿z軸朝向車輪46運動(圖6)，以同時地接合車輪46的不同的位置，比如螺栓孔60的不同的位置。因此，第一切削工具54在一個螺栓孔中切削出第一螺栓特征部62，同時第二切削工具56在不同的螺栓孔中切削出第二螺栓特征部64。第一主軸48和第二主軸50圍繞笛卡爾坐標系統的x軸且沿y軸(圖3)運動，使第一切削工具54和第二切削工具56能夠切削出多個螺栓孔60而不必如現有技術的組件所需的進行一次更換工具的操作。題述主軸機床40的此獨創方面使周期時間減小大約50％。

一旦已經切削了所期望的數量的螺栓孔60，就執行更換工具的操作，其中將第一切削工具54替換為第三切削工具70且將第二切削工具56替換為第四切削工具72。固定裝置42使車輪46再一次圍繞固定裝置軸線44旋轉，將車輪定向成如圖8中所示。第一主軸48使第三切削工具70運動至用于切削氣門桿孔74的預定位置。同時，第二主軸50使第四切削工具72運動至切削氣門桿孔74的相對的部分所需的位置。在此情況下，由于僅僅需要單個氣門桿孔74，第三切削工具70和第四切削工具72依序地切削第一閥桿特征部76和第二閥桿特征部78。

繼切削氣門桿孔74之后，固定裝置42使所完成的車輪46圍繞固定裝置軸線旋轉至如圖6中所示的起始位置。此時，將所完成的車輪46從固定裝置42移除并且將新的車輪放置于固定裝置42上。為了進一步提高效率，以相反的順序加工車輪46，以使得第三切削工具70和第四切削工具72切削氣門桿孔74，然后進行更換工具的操作以將第三切削工具70和第四切削工具72分別替換為第一切削工具54和第二切削工具56。因此，以相反的順序加工車輪46，消除多余的更換工具的操作并且進一步減小周期時間。

顯然地，根據以上教義，存在本發明的很多修改和變形。已經根據相關的法律標準對本發明進行了描述；因此，描述本質上僅僅為示例性的而非限制性的。對于本發明所屬領域的技術人員而言，所公開的實施例的變形和修改可變得顯而易見并且落入本發明的范圍內。相應地，僅僅可通過研究以下權利要求確定為本發明提供的法律保護的范圍。